想象一下，如果家里的供暖和制冷系統(tǒng)不僅能自動(dòng)運(yùn)行，還能進(jìn)行智能化管理，顯著提升舒適度和效率，將給我們的生活帶來(lái)怎樣的改變。這正是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 智能恒溫器的使命，它正在重塑我們控制室內(nèi)環(huán)境的方式。了解這一發(fā)展對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的電氣工程師和好奇的消費(fèi)者來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。

物聯(lián)網(wǎng)智能恒溫器是一種的先進(jìn)設(shè)備，它將傳統(tǒng)恒溫器的功能與物聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)大能力相結(jié)合。這些系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)，提供有關(guān)室內(nèi)環(huán)境和能源使用情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 對(duì)工業(yè)和住宅空間都有很大的好處。它們能夠提供詳細(xì)的洞察并控制HVAC系統(tǒng)，對(duì)于提高能源效率和降低運(yùn)營(yíng)成本而言非常重要。

本文將探討構(gòu)建以智能恒溫器為中心的概念驗(yàn)證所需的組件、軟件和步驟，并重點(diǎn)介紹Renesas Electronics的幾種解決方案。

項(xiàng)目材料與資源

項(xiàng)目物料清單 (BOM)

Renesas Electronics EK-RA2A2評(píng)估套件

Renesas Electronics U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod?板

Renesas Electronics US082-HS3001EVZ濕度傳感器Pmod?板

Seeed Studio Grove電力傳感器

項(xiàng)目代碼/軟件

Renesas e2 studio

Renesas RA靈活配置軟件包

J-Link RTT Viewer

Python for Windows

用于Renesas RA2A2恒溫器項(xiàng)目的貿(mào)澤GitHub資源庫(kù)

DA16200 SDK更新指南

其他資源

GitHub：Renesas RA MCU系列的示例項(xiàng)目

Renesas帳戶

DA16200 Wi-Fi AT命令集

其他硬件

Renesas Electronics轉(zhuǎn)換板

USB轉(zhuǎn)TTL電纜

項(xiàng)目技術(shù)概況

Renesas Electronics EK-RA2A2評(píng)估套件

Renesas Electronics EK-RA2A2評(píng)估套件（圖1）是一款綜合工具，可幫助工程師評(píng)估和開(kāi)發(fā)RA2A2 MCU應(yīng)用。該套件與Renesas的RA靈活配置軟件包 (FSP) 和e2 studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE) 結(jié)合使用時(shí)，非常適用創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)。該套件的主要功能包括：

MCU原生引腳訪問(wèn)：直接訪問(wèn)微控制器的引腳，實(shí)現(xiàn)詳細(xì)的硬件級(jí)交互。

系統(tǒng)控制訪問(wèn)：用于管理和控制系統(tǒng)操作的接口，提高應(yīng)用開(kāi)發(fā)的靈活性。

生態(tài)系統(tǒng)訪問(wèn)：與各種生態(tài)系統(tǒng)附加組件兼容，支持集成附加功能和外圍設(shè)備。

圖1：Renesas EK-RA2A2評(píng)估套件（圖源：貿(mào)澤電子）

借助該套件，工程師能夠?qū)⑺麄兊膭?chuàng)新想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，例如工業(yè)自動(dòng)化、家用設(shè)備和能源管理系統(tǒng)，此套件可以說(shuō)是現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要工具。

Renesas U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod板

Renesas U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod板（圖2）旨在為配備Pmod的開(kāi)發(fā)板提供無(wú)縫Wi-Fi集成。該板具有標(biāo)準(zhǔn)的3A型Pmod（擴(kuò)展UART）連接，能與各種支持Pmod的設(shè)備兼容。

該開(kāi)發(fā)板的核心是Renesas基于DA16200片上系統(tǒng)的DA16200MOD模塊。該模塊具有強(qiáng)大的無(wú)線連接性能，能確?？煽扛咝У腤i-Fi連接。3A型Pmod連接器簡(jiǎn)化了集成過(guò)程，工程師無(wú)需進(jìn)行大量修改即可快速為項(xiàng)目添加Wi-Fi功能。

圖2：Renesas U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod板 （圖源：Renesas Electronics）

Renesas US082-HS3001EVZ濕度傳感器Pmod板

Renesas US082-HS3001EVZ相對(duì)濕度傳感器Pmod板（圖3）是希望借助HS3001溫濕度傳感器簡(jiǎn)化原型設(shè)計(jì)流程的工程師和專業(yè)人員的理想選擇。這些傳感器具有高可靠性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、精確測(cè)量和快速響應(yīng)等特點(diǎn)。

圖3：Renesas US082-HS3001EVZ相對(duì)濕度傳感器Pmod板 （圖源：貿(mào)澤電子）

該電路板采用標(biāo)準(zhǔn)的6A型Pmod（擴(kuò)展I2C）連接，可輕松與具有兼容連接器的MCU評(píng)估套件集成。這種設(shè)計(jì)在兩側(cè)都配有Pmod連接器，工程師可以采用菊花鏈方式連接多個(gè)6/6A型電路板。這樣就可以將多個(gè)傳感器連接到單個(gè)MCU Pmod連接器，從而提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性。

此外，e2 studio軟件能夠生成連接傳感器和MCU所需的代碼，從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

軟件概述

e2 studio IDE和編碼工具

e2 studio是面向Renesas MCU且基于Eclipse的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)。它以Eclipse強(qiáng)大的代碼編輯器為基礎(chǔ)，整合了一系列專為簡(jiǎn)化和提升開(kāi)發(fā)流程而定制的高級(jí)功能。

e2 studio讓工程師能夠高效地管理整個(gè)開(kāi)發(fā)周期。從下載示例代碼的初始階段到復(fù)雜的調(diào)試過(guò)程，e2 studio都能提供全面的支持。其擴(kuò)展功能包括先進(jìn)的調(diào)試工具、項(xiàng)目管理功能以及與各種Renesas開(kāi)發(fā)工具無(wú)縫集成。

RA FSP

Renesas RA FSP是一款全面、先進(jìn)的解決方案，專為采用Renesas RA系列微控制器進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師量身定制。它確保整個(gè)RA系列（從入門級(jí)到高性能）的軟件無(wú)縫兼容，成為了各種應(yīng)用的通用選擇。

主要特性和優(yōu)勢(shì)

先進(jìn)的安全性

Arm? TrustZone?：結(jié)合先進(jìn)的安全功能，保護(hù)您的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備免受潛在威脅。

安全的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)：使用生產(chǎn)就緒型驅(qū)動(dòng)程序和中間件協(xié)議棧來(lái)構(gòu)建安全互連的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

高性能HAL驅(qū)動(dòng)程序

高效性：提供一流的硬件抽象層 (HAL) 驅(qū)動(dòng)程序，以低內(nèi)存占用率實(shí)現(xiàn)高性能。

集成性：通過(guò)集成中間件協(xié)議棧（包括Azure RTOS和FreeRTOS）簡(jiǎn)化通信和安全等復(fù)雜模塊的實(shí)現(xiàn)。

e2 studio IDE

直觀的配置器：提供用戶友好的配置器，簡(jiǎn)化設(shè)置過(guò)程。

智能代碼生成：提高編程和調(diào)試效率，使開(kāi)發(fā)更快、更輕松。

開(kāi)放式軟件生態(tài)系統(tǒng)

靈活性：支持各種編程模型，包括裸機(jī)編程、Azure RTOS、FreeRTOS、其他自選RTOS、現(xiàn)有代碼和第三方生態(tài)系統(tǒng)解決方案。

成本效益：FSP和e2 studio可以在任何Renesas器件上免費(fèi)使用，為開(kāi)發(fā)人員提供高性價(jià)比的解決方案。

應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)大安全功能的安全互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想選擇。

嵌入式系統(tǒng)：適用于從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

工業(yè)自動(dòng)化：通過(guò)高性能的安全解決方案，增強(qiáng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

通過(guò)利用Renesas RA FSP，工程師和專業(yè)人士可以加快開(kāi)發(fā)流程，確保高質(zhì)量的安全軟件，并在各種應(yīng)用和設(shè)備中保持靈活性。

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)

組裝硬件

大部分硬件配置都非常簡(jiǎn)單，只有一個(gè)例外，因?yàn)镽enesas EK-RA2A2有兩個(gè)Pmod連接器可用：Pmod 1支持2A型（增強(qiáng)型SPI）和6A型（增強(qiáng)型I2C），而Pmod 2支持6A型（增強(qiáng)型I2C）、2A型（增強(qiáng)型SPI）和T3A型（增強(qiáng)型UART）。由于本項(xiàng)目中的Wi-Fi模塊使用UART，我們將使用Pmod 2連接。

在電路板次級(jí)側(cè)靠近Pmod 2連接器的位置EX3焊上短路片（圖4）， 切斷兩個(gè)焊盤之間的連接，以傳輸RXD信號(hào)，并確保EX1處于開(kāi)路狀態(tài)。

圖4：EX3和EX1位置 （圖源：貿(mào)澤電子）

將US159-DA16200MEVZ板插入Pmod 2連接器，模塊芯片朝上。

將US082-HS3001EVZ板插入Pmod 1連接器。

將Grove電力傳感器模塊插入EK-RA2A2板J28上的Grove 2連接器。

安裝軟件

該項(xiàng)目需要以下軟件版本：

Renesas RA FSP V5.7.0

e2 studio V2024-10

SEGGER J-Link RTT Viewer V8.10f

GCC ARM Embedded Toolchain V13.2.1.arm-13-7

下載所需的FSP和e2 studio版本，并確保正確安裝GCC ARM嵌入式工具鏈，最簡(jiǎn)單的方法是使用Renesas GitHub鏈接，然后選擇下載帶有e2 studio Windows安裝程序的FSP選項(xiàng)（圖5）。

圖5：Renesas GitHub FSP v5.7.0 （圖源：貿(mào)澤電子）

這樣，您就可以在一個(gè)地方下載所有的最新版本。下載完成后，請(qǐng)完成以下步驟。

打開(kāi)下載的Windows安裝程序。

選擇Custom Install（圖6）。

圖6：Renesas RA FSP安裝類型窗口 （圖源：貿(mào)澤電子）

在Welcome、Extra Features、Customise Features屏幕上，依次點(diǎn)擊Next，直到出現(xiàn)Additional Software屏幕（圖7）。

選中GNU ARM Embedded 13.2-Rel1復(fù)選框，然后點(diǎn)擊Next。

圖7：Additional Software選擇屏幕 （圖源：貿(mào)澤電子）

按照屏幕上的說(shuō)明完成安裝。

訪問(wèn)J-Link RTT網(wǎng)站并選擇Downloads。

下載J-Link軟件Windows安裝程序（圖8）。

圖8:下載J-Link RTT安裝程序 （圖源：貿(mào)澤電子）

軟件集成與演示

在設(shè)置電路板之前，需要更新DA16200 Pmod電路板Wi-Fi模塊上的SDK。DA16200 SDK Update Guide說(shuō)明了如何連接電路板、驗(yàn)證當(dāng)前SDK版本、下載所需軟件以及更新設(shè)備。

在更新Wi-Fi模塊上的SDK后，轉(zhuǎn)到GitHub存儲(chǔ)庫(kù)，點(diǎn)擊綠色的Code按鈕，然后選擇Download ZIP，下載項(xiàng)目代碼（圖9）。

圖9：GitHub存儲(chǔ)庫(kù)下載鏈接（圖源：貿(mào)澤電子）

接下來(lái)，將代碼導(dǎo)入e2 studio：

打開(kāi)e2 studio。

點(diǎn)擊File，選擇Open Projects from File System。

點(diǎn)擊Archive（圖10），然后導(dǎo)航并選擇包含Renesas_RA2A2_Demo的下載文件夾

圖10：Import Project窗口 （圖源：貿(mào)澤電子）

僅選中帶有Eclipse Project標(biāo)簽的文件復(fù)選框（圖11），然后點(diǎn)擊Finish。

圖11：導(dǎo)入所選項(xiàng)目 （圖源：貿(mào)澤電子）

導(dǎo)入軟件后，選擇項(xiàng)目。

點(diǎn)擊Build（錘子）圖標(biāo)或按Ctrl+B鍵構(gòu)建項(xiàng)目（圖12）。

圖12：顯示導(dǎo)入的項(xiàng)目 （圖源：貿(mào)澤電子）

構(gòu)建成功后，控制臺(tái)將顯示“Build finished”消息（圖13）。

圖13：成功完成構(gòu)建 （圖源：貿(mào)澤電子）

8.點(diǎn)擊Debug圖標(biāo)或按F11鍵啟動(dòng)調(diào)試模式（圖14）。

圖14：調(diào)試控制臺(tái)模式（圖源：貿(mào)澤電子）

點(diǎn)擊Play圖標(biāo)運(yùn)行代碼。

代碼開(kāi)始運(yùn)行后，需要打開(kāi)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置并查看所有可用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。選擇Renesas_Wifi網(wǎng)絡(luò)（圖15），密碼是12345678。

注意：您可以在項(xiàng)目參數(shù)中修改SSID和密碼，以便根據(jù)最終用途進(jìn)行定制。

圖15：進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的Renesas_WiFi網(wǎng)絡(luò)SSID （圖源：貿(mào)澤電子）

將系統(tǒng)配置為HTTP服務(wù)器，PC作為客戶端。然后使用可用的瀏覽器窗口，導(dǎo)航到

“http://192.168.10.2/index.html”并查看瀏覽器界面。

在這里，您可以查看HS3001提供的傳感器數(shù)據(jù)、按鈕計(jì)數(shù)和LED控制按鈕（圖16）。

圖16：可定制的瀏覽器顯示屏 （圖源：貿(mào)澤電子）

結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)智能恒溫器代表了我們?cè)诠芾硎覂?nèi)環(huán)境方面的一大飛躍。通過(guò)結(jié)合先進(jìn)的傳感、智能連接和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，這些設(shè)備不僅提升了舒適度和便利性，還提高了能源效率，節(jié)約了成本。無(wú)論是在家庭還是工業(yè)環(huán)境中，智能恒溫器的采用都能推動(dòng)邁向更可持續(xù)、更智能化管理的未來(lái)。